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对称天线

发布时间:2020-01-15 17:05    点击次数:167次   

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  两部分长度相等而中心断开并接以馈电的导线,可用作发射和接收天线,这样构成的天线叫做对称天线。因为天线有时也称为振子,所以对称天线又叫对称振子,或偶极天线。总长度为半个波长的对称振子,叫做半波振子,也叫做半波偶极天线。它是最基本的单元天线,用得也最广泛,很多复杂天线是由它组成的。

  对于中心点馈电的对称振子天线,其结构可看做是一段开路传输线张开而成。根据微波传输线的知识,终端开路的平行传输线,其上电流呈驻波分布,如果两线末端张开,辐射将逐渐增强。当两线完全张开时,张开的两臂上电流方向相同,辐射明显增强,后面未张开的部分就作为天线的馈电传输线。馈电时,在对称振子两臂产生高频电流,此电流将产生辐射场。由于对称振子的长度与波长比拟,因而振子上电流幅度和相位已不能看作处处相等,所以对称振子的辐射场显然不同于电基本振子。但是可以将对称振子分成无数小段,每一小段都可以看成电基本振子,则对称振子辐射场就是这些无数小段电基本振子辐射场的总和。

  由于结构简单,对称振子广泛应用于雷达、通信、电视和广播等无线电技术设备中。对称振子的工作频率从短波波段到微波波段。它既可作为独立的天线使用,也可以作为天线阵基本单元组成线阵或平面阵,还可以作为反射面天线的馈源。半波振子结构简单,馈电方便,在近距离通信中应用较多。若在馈电点将天线分为两半,而这两半的几何结构形式和尺寸完全相同,则称为对称天线,如菱形天线鱼骨形天线等。反之,则称为不对称天线。为了提高半波偶极天线的输入阻抗,常采用折合振子,折合振子可看成是间距远小于波长的相耦合的两个相互平行的半波振子。两振子直径相等时,折合振子的输入电阻较半波振子可提高4倍,约为300欧。

  由于对称天线的对称性,当采用平衡馈电时,两半对应线段上的电流也应是对称分布的,在对称平面中的方向图同样具有对称性。实际使用的对称天线,由于杂散电容的影响,例如对地分布电容的影响,也可能使两半失去平衡,从而引起方向图的不对称。对称天线和不平衡馈线(如同轴线)连接时,须采用平衡-不平衡变换器以保证天线两半的平衡,常见的变换器有四分之一波长扼流套、U形管和传输线阻抗变换器等。

  对称天线还有一狭义的理解,即将中心馈电的偶极天线称为对称天线,也称为偶极天线)。每个臂的长度为l,当线径很小时,其上电流可近似地认为按正弦分布。为不同臂长时

  /4的整数倍时产生谐振。天线的特性阻抗越小,则输入阻抗随频率的变化越平缓。因此,常常采用加粗天线线径的方法来降低它的特性阻抗,以展宽工作频带。为了减轻重量和节省材料,在中、短波波段可用若干根导线构成笼形或栅形的臂以加粗天线的等效直径。在

  =0.25附近,输入电阻约为70欧。半波和全波偶极天线的半功率波瓣宽度分别是78°和47°,方向性系数分别是 1.64和2.41。如果

  增大,可得到较强的方向性,但若超过0.625,方向性系数将下降。H.R.赫兹通过实验论证无线电波存在时所用的赫兹天线即为一对称天线。偶极天线是短波和超短波波段中使用最为广泛的天线。在短波波段,地面上水平架设的偶极天线也称为

  形天线,其最大辐射方向和地面的夹角(仰角)由架设高度控制。在超短波波段,偶极天线可独立使用,也可作为强方向性天线阵的阵元。在微波波段,一般用作馈源。

  天线的长度影响工作频率,在接下来的仿真设计中针对天线长度会进行优化设计,选取最合适的结果。天线背面的接地板尺寸大小对于天线的辐射性能有很大的影响,考虑到天线的全向辐射和地板对天线的带宽及中心频率的影响,地板长度小于馈线的长度。其次,为了获得适应在WiMAX频段的中间频率,在地板上进行开缝设计,使得缝隙的短路段相对于微带馈线形成一个虚馈点,激励起所需频段,形成陷波,调节缝隙的长度、宽度以及与馈线的距离来调节天线的辐射性能,找到合适的缝隙参数达到设计结果。最后综合考虑天线设计的每个结构参数,选取合适的数值,实现设计要求由于弯曲、连接和传输时会产生寄生阻抗从而产生寄生辐射,会导致天线的副瓣电平升高,增益降低,为了降低寄生阻抗的影响,天线极子连接处用切角不用直角。天线的背面接地板上开有对称的两条缝隙,在接地板长度从11~13 mm之间,接地板长度越长,高频谐振频率段天线 dB带宽也会越来越大,并且低频谐振频率向左移动,低频谐振频率段-10 dB带宽随之减小,而且可以很明显地看出低频段的回波损耗数值越来越小,天线低频辐射性能越来越好。但是当接地板长度继续增大到14 mm时,天线高频谐振频率段天线 dB带宽反而减小了,而且低频谐振频率段的回波损耗数值明显增大,导致天线低频辐射性能明显变坏。当接地板长度取11 mm时,高频谐振频率段带宽最小不能覆盖WLAN 5.8 GHz,另外,低频段的回波损耗数值较大,辐射性能不好。


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